軟巖隧道工程問(wèn)題分析論文

　　摘要:介紹了軟巖隧道工程的發(fā)展現狀，對目前軟巖隧道施工過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行了詳細分析，指出了問(wèn)題存在的原因，并對今后軟巖隧道的研究方向進(jìn)行了展望，以提高軟巖隧道工程的施工技術(shù)水平。

　　關(guān)鍵詞:隧道，軟巖，變形，圍巖支護

　　1概述

　　隨著(zhù)交通事業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的隧道工程將會(huì )在地形、地貌及地質(zhì)背景復雜的西部山區修建。隧道在施工過(guò)程中不可避免的會(huì )遇到軟弱圍巖、高地應力圍巖、斷層破碎帶等復雜的地質(zhì)狀況。通常意義上，穿越這些地區的隧道統稱(chēng)為軟巖隧道［1］。軟巖隧道開(kāi)挖易造成圍巖大變形，控制圍巖變形也是軟巖隧道開(kāi)挖所要解決的主要問(wèn)題之一。尤其是對于穿越軟弱地層的大跨度隧道而言，如果支護不強或支護不及時(shí)，將會(huì )發(fā)生塌方冒頂或二次襯砌嚴重開(kāi)裂現象，將會(huì )給工程安全性造成嚴重的威脅。通常來(lái)說(shuō)，隧道圍巖大變形指在高地應力軟弱圍巖條件下，圍巖發(fā)生沉降破壞并最終導致隧道圍巖失穩的現象［1］。其實(shí)質(zhì)是圍巖產(chǎn)生剪應力使得巖體彼此錯動(dòng)、斷裂破壞，也就是說(shuō)使圍巖的自穩能力喪失，產(chǎn)生塑性變形，進(jìn)而迫使圍巖向開(kāi)挖洞室方向擠壓，產(chǎn)生大變形的現象。對于大變形的界定［2］，鐵二院考慮了預留變形量的影響，認為單線(xiàn)隧道適當的預留變形量一般不大于150mm，雙線(xiàn)隧道一般則不大于300mm，正常的變形量上限取上述值的0．8倍，在支護位移上，若單線(xiàn)隧道大于130mm，雙線(xiàn)隧道大于250mm，就認定為發(fā)生了大變形。近年來(lái)，隨著(zhù)深埋特長(cháng)隧道建設的日益增多，國內外對軟弱圍巖隧道大變形的變形機理［3］、變形特征［4］、控制措施［5］、施工工法［6，7］及支護時(shí)機［8］等等方面做了大量的研究，并取得了一定的成果。

　　2大跨軟巖隧道存在的問(wèn)題

　　由于地層地質(zhì)的復雜性，大跨軟巖隧道工程仍然面臨著(zhù)以下幾個(gè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題:1)對圍巖變形的判斷與控制。對于軟巖隧道圍巖變形的研究主要集中在三個(gè)方面:a．從理論方面對變形機理進(jìn)行研究;b．選擇合理的施工工法對圍巖變形進(jìn)行控制;c．運用有限元或其他數值模擬的手段對圍巖的變形量和變形趨勢進(jìn)行預測。從眾多的學(xué)術(shù)論文和科研成果中不難發(fā)現，對于圍巖變形的機理多是采用連續性介質(zhì)理論進(jìn)行分析，而實(shí)際工程中的圍巖是非連續的，它是巖塊和結構面在三維空間的一種非定向關(guān)系。尤其是對于地質(zhì)狀況比較復雜的軟弱圍巖，都是由多種物理成分組成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的隨機性。但是，在實(shí)際的研究和應用中，例如采用數值模擬的方法對軟巖隧道圍巖變形進(jìn)行分析時(shí)，又必須運用巖體的本構關(guān)系，這本身就是存在問(wèn)題的，更不要說(shuō)計算結果的準確性了。不論是理論分析還是數值模擬都沒(méi)有辦法對圍巖的變形量進(jìn)行準確的判斷。這將引起另外一個(gè)問(wèn)題，就是在采取控制變形措施時(shí)，通常采用的是依據相似工程經(jīng)驗制定施工方案，并沒(méi)有針對不同的變形量采取相應的控制措施，因此變形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中變形可以達到1．0m甚至更大，軟弱圍巖變形本質(zhì)上屬于大變形問(wèn)題，然而巖體力學(xué)中使用的彈塑性變形理論［9］雖然對材料的非線(xiàn)性進(jìn)行了考慮，但是嚴格意義上仍屬小變形理論。2)對合理支護時(shí)機的探討。隧道二次襯砌施作時(shí)機始終是隧道界討論的熱點(diǎn)問(wèn)題，二次襯砌的支護時(shí)機是保證二次襯砌長(cháng)期穩定的關(guān)鍵。特別是對于軟巖大變形隧道，如果二次襯砌施作過(guò)晚，則可能造成初期支護變形過(guò)大而無(wú)法控制，以致隧道失穩;但如果施作過(guò)早，則不利于地應力的釋放和充分發(fā)揮圍巖的自穩能力，從而使二襯受力過(guò)大而導致開(kāi)裂，降低了隧道結構穩定性。因此，合理確定二次襯砌施作時(shí)機是保證隧道施工階段和長(cháng)期運營(yíng)階段安全性的關(guān)鍵。但是現階段，對于隧道二次襯砌支護時(shí)機的研究仍然沒(méi)有形成系統的體系。研究者多根據具體的工程背景選擇不同的巖石彈塑性模型，采用的確定合理支護時(shí)機的判定方法也各有不同。對于二襯支護時(shí)機的影響因素的分析也多是針對單一影響因素，并沒(méi)有綜合考慮。

　　3軟巖隧道的發(fā)展與展望

　　為了滿(mǎn)足交通建設的需要，將不可避免的遇到更多的軟巖隧道工程。圍巖大變形的控制問(wèn)題仍然是未來(lái)軟巖隧道工程需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。從根本上講要更深入的研究圍巖的變形機理，找出適用于實(shí)際工程地質(zhì)狀況的圍巖的本構關(guān)系。在施工的過(guò)程中，超前地質(zhì)預報要貫穿整個(gè)隧道的開(kāi)挖過(guò)程，監控測量要及時(shí)跟進(jìn)。對于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后類(lèi)似工程經(jīng)驗借鑒。隧道是地層圍巖和支護結構共同組成的復雜受力體。支護是一個(gè)過(guò)程，一個(gè)好的支護方案要讓這一過(guò)程與圍巖變形過(guò)程相協(xié)調�？紤]到軟弱圍巖的蠕變特性，圍巖的自穩能力是與施加相關(guān)的，因此二次襯砌的支護需要一個(gè)合理的時(shí)機。反過(guò)來(lái)理解，如果要確定合理的二襯支護時(shí)機，首先要對圍巖的蠕變特性和變形機理進(jìn)行充分而深入地分析，只有在此基礎上，才能選擇適當的支護時(shí)機和支護形式以及確定合適的支護參數。由于目前的研究多針對二次襯砌的支護時(shí)機探討，應該將整個(gè)支護過(guò)程統一起來(lái)，形成與不同圍巖級別、不同斷面尺寸、不同開(kāi)挖方式、不同支護參數相對應的系統的支護方案，以及更完善的施工工法。

　　4結語(yǔ)

　　本文主要針對近年來(lái)出現的軟巖隧道工程中的突出問(wèn)題進(jìn)行了討論，并對軟巖隧道工程今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。為了滿(mǎn)足交通建設的需要，更多更為復雜的軟巖隧道工程也必將積累更多的工程經(jīng)驗，更好更深入的解決圍巖大變形的控制問(wèn)題。隨著(zhù)支護理論的不斷發(fā)展、支護技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟巖隧道工程施工技術(shù)水平將會(huì )不斷提高和發(fā)展。

　　參考文獻:

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